Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электронно-дырочный переход




Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на явлениях, происходящих на границе двух полупроводников с различными видами проводимости. Электронно-дырочный переход или р- n - переход образуется путем сплавления полупроводников типа n и типа р в единый монокристалл. На границе электронной и дырочной областей существует градиент концентрации зарядов – в области р положительный заряд, обусловленный наличием дырок, в области n - отрицательный заряд свободных электронов. Наличие градиента концентрации зарядов вызывает появление диффузионного тока – переноса заряженных частиц (дырок и электронов) через р - n переход. Таким образом, в области р вследствие ухода дырок возникает не скомпенсированный отрицательный заряд, а в области n вследствие ухода электронов – положительный заряд.

Наличие зарядов противоположных знаков на границе между р - и n областями приводит к появлению между этими областями так называемой контактной разности потенциалов и электрического поля ЕДИФ, называемое диффузионным. Диффузионное поле оказывается тормозящим для движения дырок из области р и электронов из области n через р - n переход, т. е. на границе между р - и n областями возникает потенциальный барьер, препятствующий диффузии основных носителей, рис.6.1.


Рис. 6.1. Включение p-n перехода. Вольтамперная характеристика p-n перехода

При прямом подключении к р - и n областям внешнего электрического поля, направленного навстречу диффузионному, при Евн ≥ Едиф, через р - n переход начнется движение основных носителей (дырок из области р и электронов из области n), образующих прямой ток, рис.6.1 (прямое включение). Вольтамперная характеристика р - n перехода при прямом подключении является нелинейной.

При подключении внешнего напряжения плюсом к области n, а минусом к области р, что представляет собой обратное включение р - n перехода, электрический ток будет определяться только неосновными носителями (электронами в области р, и дырками в области n). Поскольку концентрация неосновных носителей очень мала, обратный ток оказывается значительно меньше прямого тока и очень мало зависит от обратного напряжения. При некотором значении обратного напряжения происходит пробой р - n перехода, вызывающий резкое увеличение обратного тока. Различают электрический и тепловой пробой.

При электрическом пробое число носителей заряда возрастает под действием сильного электрического поля и ударной ионизации атомов решетки полупроводника. Электрический пробой не приводит к выходу р - n перехода из строя. После выключения р - n перехода его свойства полностью восстанавливаются.

При тепловом пробое возникает перегрев полупроводника, наблюдается нарушение теплового баланса и выход р - n перехода из строя.

3. Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называется двухэлектродный прибор, основу которого составляет р - n структура, разделенная электронно-дырочным переходом. Изображение полупроводникового диода показано на рис.6.2. Острая вершина треугольника указывает направление прямого тока через диод. Треугольник соответствует р области и называется иногда анодом или эмиттером, а прямолинейный отрезок - области n и называется катодом или базой.


Рис. 6.2. Разновидности диодов: (а) выпрямительные, импульсные и универсальные; (б) стабилитроны и стабисторы; (в) туннельные; (г) обращенные; (д) варикапы

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный ток. Выпрямление переменного тока основано на односторонней проводимости диода. Вольтамперная характеристика р - n перехода, изображенная на рис.6.1, является характеристикой диода. При включении диода в прямом направлении сопротивление его электрическому току очень мало. При обратном включении – сопротивление диода велико и он практически не пропускает электрический ток. Выпрямление переменного напряжения (тока) показано на рис.6.3. При действии положительной полуволны входного напряжения U1 диод включен в прямом направлении, сопротивление его мало и на сопротивлении нагрузки Rн падение напряжения U2 практически равно входному напряжению.

При действии отрицательной полуволны напряжения диод включен в обратном направлении, его сопротивление во много раз больше сопротивления нагрузки, поэтому все напряжение обратной полуволны падает на диоде, а напряжение на нагрузке практически равно нулю. Данная схема выпрямления называется однополупериодной, т. к. на нагрузку проходит только один полупериод входного переменного напряжения.


Рис. 6.3. Схема простейшего однополупериодного выпрямителя (а) и графики напряжения на его входе и выходе (б)

Нагрузочная способность выпрямительных диодов определяется допустимым прямым током Iпр, соответствующим ему падением напряжением на открытом диоде Uпр, допустимым обратным напряжением Uобр и соответствующим ему обратным током Iобр, а также допустимой мощностью рассеяния Pрас и допустимой температурой окружающей среды (500 С для германиевых и 1400 С для кремниевых диодов). Мощность рассеяния выпрямительных диодов определяется площадью р - n перехода. Вследствие большой площади р - n перехода допустимая мощность рассеяния выпрямительных диодов достигает 1 Вт при значениях прямого тока до 1 А. У выпрямительных диодов большой мощности с радиаторами и искусственным охлаждением допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при значениях допустимых прямого тока до 1000 А и обратного напряжения до 1500 В.

Стабилитроны представляют полупроводниковые диоды, в которых для стабилизации постоянного напряжения используется участок обратной ветви вольтамперной характеристики диода в области электрического пробоя. Схема стабилизации и вольтамперная характеристика стабилитрона показаны на рис.6.4.
Рис. 6.3.1. Схема стабилизации и вольтамперная характеристика

При изменении тока, протекающего через стабилитрон от

Последовательно со стабилитроном, включенным в обратном направлении, соединено балластное сопротивление R, необходимое для задания тока стабилитрона. Сопротивление нагрузки подключается параллельно стабилитрону

Iст.мин до Iст.макс., напряжение на нем почти не изменяется, рис.6.3.1. Напряжение на нагрузке также будет оставаться постоянным в указанных пределах изменения тока, протекающего через стабилитрон.







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 393. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.015 сек.) русская версия | украинская версия